钢铁材料的分类、力学性能及热处理

钢铁材料的分类、力学性能及热处理

一、 分类及力学性能：

1． 碳素钢：按含碳量的多少可分为低碳钢（含碳量小于0.25％）、中碳钢（含碳量在0.25％～0.5％）和高碳钢（含碳量大于0.5％）。随着含碳量的增加，钢的机械强度提高，但使它的塑性和韧性下降。

（1） 普通碳素钢：它的化学成分不准确，因而不宜进行热处理。

普通碳素钢的牌号标记如Q235（国标），表示屈服点MPa S 235=σ。

（2） 优质碳素钢：力学性能优于普通碳素钢，采用适当的热处理

方法可以获得很高的内部机械强度和表面硬度。低碳钢塑性高，焊接性好，适用于冲压、焊接零件。采用渗碳淬火处理可提高零件表面硬度；中碳钢具有综合性能好的特点，它的机械强度、塑性和韧性均较好，可进行调质、表面淬火处理；高碳钢具有高的机械强度和良好的韧性和弹性，常制成弹性零件。优质碳素钢的牌号如15、35、45（国标），表示含碳量平均值各为0.15％、0.35％、0.45％。

2． 合金钢：合金钢是在优质碳素钢中加入某些合金元素而形成的。它具有良好的力学性能和热处理性能，随着所加合金元素的不同，还可获得不同的特殊性能。合金钢的牌号如35Mn2、40Cr （国标），表示含碳量平均值为0.35％和0.40％，而含合金元素

Mn2％及Cr 小于1.5％。

3． 铸钢：铸钢的含碳量一般在0.15％～0.60％范围内，含碳量较高，塑性很差，容易产生龟裂，故不能锻造。铸钢的强度显著高于铸铁，但铸造性则比较差，收缩率较大。铸钢的牌号如ZG500－270，前组数字表示抗拉强度MPa B 500=σ，后组数字表示屈服点MPa S 270=σ。

4． 铸铁：铸铁是含碳量大于2％的铁碳合金。铸铁因含碳量高，故它的抗拉强度、塑性和韧性都较差，不能锻造，焊接性能也差。但它有较高的抗压强度，良好的减摩性和切削性能，吸振性好，价格又较低廉。常用的铸铁有灰铸铁（如HT150，抗拉强度MPa B 150=σ）、可锻铸铁（如KT300－6，抗拉强度MPa B 300=σ，最低伸长率为6％）和球墨铸铁（如QT500－7，抗拉强度MPa B 500=σ，最低伸长率为7％）。

二、 材料热处理：

1． 退火：退火是将钢件加热到临界温度以上30～50℃，在热处理炉内保温一段时间，然后随炉冷却到室温止。退火的目的在于使钢的晶粒细化，消除内应力和降低硬度，改善切削性能，提高韧性和塑性，有利于焊接和碾压工艺。

2． 正火：正火是将钢件加热到临界温度以上30～80℃，保温一段时间，随后工件从炉内取出，在空气中冷却。由于正火的冷却速度比退火的快，故钢的强度和硬度比退火的高，但消除内应力不如退火的好。

3．淬火：淬火是将钢件加热到临界温度以上30～50℃，然后快速将工件在水中或油中冷却至室温。淬火后的钢的硬度急剧增加。

但将有较大的内应力，也容易产生变形及裂纹。为了降低内应力和脆性，淬火后要进行回火处理。

4．回火：回火是将钢件淬火后，再加热到临界温度以下，保温一段时间，然后缓慢冷却到室温。回火分为：低温回火、中温回火和高温回火。

（1） 低温回火（加热温度小于250℃）：主要为了减少钢中的残余应力和降低脆性，且可保持高的强度、硬度和耐磨性能。

（2） 中温回火（加热温度350～500℃）：主要为获得一定的韧性，又有较高的弹性、屈服强度和硬度。

（3） 高温回火（加热温度500～650℃）：主要为获得适当的强度和硬度，足够的塑性和弹性，较小的内应力相结合的较好的

力学性能。淬火后再高温回火的处理方法又称为调质处理。5．表面淬火：表面淬火是将零件的表面快速加热到临界温度以上80～150℃，经十几秒后，立即喷射水液冷却，使零件表层硬化。

由于加热快、冷却快，使零件表面组织细化，表面硬度很高，耐磨性好，零件的变形较小；且又保持内部韧性。为了降低残余应力，零件应进行低温回火。

6．渗碳：渗碳是将零件在900～950℃的炉内，通入含碳的气体或置固体碳中，保持较长的时间，在零件表面渗入碳，零件表层起化学反应，形成含碳量较高的表层。然后，再进行表面淬火及

回火处理，零件能获得比表面淬火更好的外硬内韧的力学性能。7．渗氮：渗氮是将零件在炉温500～560℃是环境下，通入氨气，氨气分解出活性氮原子，被零件表面吸收，并向内层扩散形成渗氮层。渗氮的过程十分缓慢，所以渗氮层很薄，零件的渗碳层表面有很高的硬度和耐磨性能，因处理温度不高，故零件的变形量小。

8．碳氮共渗：碳氮共渗（又称为氰化）是将零件在炉温850℃的环境下，通入含有碳和氮的气体，被零件表面吸收，并扩散形成氰化层。零件经过碳氮共渗的表面有很高的硬度，抗疲劳性和耐磨性能，且零件变形量很小。缺点是准确控制工艺较难。

9．激光硬化：激光硬化是将激光束扫射零件表面，使表面组织细化，有很高的表面硬度和耐磨性能，零件变形量小，但表面光滑度稍有下降。